Ovako funkcionira turbopuhalo promjenjive geometrije: prednosti, kvarovi i održavanje

Među različitim sustavima prisilnog punjenja motora postoje turbopuhala fiksne geometrije i turbopuhala promjenjive geometrije, poznata kao VGT. U oba slučaja cilj je isti: iskoristiti inerciju ispušnih plinova kako bi se u cilindre ubacilo više zraka nego što motor sam može usisati, čime se povećava učinkovitost.

No, jedan od glavnih nedostataka motora s prisilnim punjenjem i konvencionalnim turbopuhalima jest to što, kada motor radi pri niskim okretajima, ispušni plinovi nemaju dovoljno snage da ubrzaju turbinu koja sabija usisni zrak. S druge strane, pri visokim okretajima protok ispušnih plinova toliko je velik i turbinu pokreće tolikom energijom da je potrebno aktivirati ventil za rasterećenje, pa se dio te energije sadržane u ispušnim plinovima gubi.

Upravo taj nedostatak rješavaju turbopuhala promjenjive geometrije, koja, kao što ćemo vidjeti, imaju veću sposobnost učinkovitog sabijanja usisnog zraka i pri niskim i pri visokim okretajima.

Prvi razvoji turbopuhala promjenjive geometrije datiraju iz sredine 50-ih godina, no prvo serijski proizvedeno vozilo s takvim sustavom bio je Fiat Croma turbodiesel početkom 90-ih, u svom motoru 1.9, koji je ujedno bio jedan od prvih diesela s izravnim ubrizgavanjem. Danas su razvijena i rješenja koja za ubrzavanje turbine izravno koriste male elektromotore. Druge vrste turbopuhala koja se koriste za poboljšanje odziva motora s prisilnim punjenjem pri niskim okretajima jesu turbo Twin-Scroll.

Kako funkcionira turbo promjenjive geometrije?

Razlika između fiksnog turbopuhala i promjenjivog turbopuhala (VGT) jest u tome što potonje imaju mehanizam koji mijenja brzinu kojom ispušni plinovi udaraju u turbinu, tako da se ona ubrzava brže. Ne mijenja se količina zraka, nego presjek ulaza.

U tu svrhu imaju sustav promjenjivih lopatica ili lamela koje se zatvaraju kada motor radi pri niskim okretajima, ubrzavajući ispušne plinove, koji time pojačavaju udar na turbinu. Kada motor radi pri visokim okretajima, lopatice se otvaraju, čime se povećava presjek ulaza ispušnih plinova i smanjuje brzina. To omogućuje da se maksimalni tlak punjenja postigne pri višim okretajima motora.

Regulacija lopatica može se provesti mehaničkim sustavom uz tlačni ili vakuumski aktuator, no u modernijim motorima uobičajeno je koristiti mali elektromotor kojeg pokreće elektronička upravljačka jedinica (ECU) motora.

Detaljnije o tome kako funkcionira turbopuhalo promjenjive geometrije možete pogledati u ovom videu:

https://www.youtube.com/watch?v=AuQor-YnbZ8

Koje prednosti nudi turbo promjenjive geometrije?

Poznavajući princip rada turbopuhala promjenjive geometrije, njegove su prednosti očite:

• Smanjuju ili uklanjaju „turbo-lag” ili kašnjenje odziva karakteristično za motore s turbopunjenjem pri ubrzavanju iz niskih okretaja.
• Optimiziraju rad sustava prisilnog punjenja pri svim okretajima motora, omogućujući ravniju krivulju obrtnog momenta.
• Upravljajući tlakom prisilnog punjenja pomoću pomičnih lopatica, nije potreban ventil za rasterećenje ili „waste gate”.
• Riječ je o jednostavnijem rješenju od sekvencijskog dvostrukog turbopuhala. Ipak, postoje visokoučinkoviti motori s više turbopuhala, od kojih je barem jedno promjenjive geometrije.
• Optimizirajući isporuku momenta, poboljšavaju performanse, a time i potrošnju te emisije

Koje nedostatke ima turbo promjenjive geometrije?

Budući da je riječ o složenijem mehanizmu s većim brojem pokretnih dijelova, turbopuhala promjenjive geometrije skuplja su od konvencionalnih. Iz istog razloga podložnija su i kvarovima.

Još jedan nedostatak je složenost njihove primjene u motorima na benzin, kod kojih više temperature ispušnih plinova zahtijevaju sofisticiranija i skuplja rješenja.

Porsche bio je jedan od prvih proizvođača koji su upotrijebili turbopuhalo promjenjive geometrije na motoru na benzin, a danas se takva rješenja mogu pronaći i u malim motorima kao način poboljšanja učinkovitosti, više nego za postizanje visokih performansi. Primjer iz nedavnog vremena je hibridni motor 1.5 novog Alfa Romeo Tonale.

Održavanje, njega i kvarovi turbopuhala promjenjive geometrije

Budući da imaju veći broj pokretnih dijelova, koji su k tome izloženi visokim temperaturama i protoku ispušnih plinova, turbopuhala promjenjive geometrije imaju više problema nego turbopuhala fiksne geometrije.

Najčešći kvar jest zaglavljivanje sustava promjenjivih lamela. Problem je u tome što turbo promjenjive geometrije ne prelazi u rad kao turbo fiksne geometrije, jer blokirane lopatice uzrokuju da motor ispravno radi samo u određenom rasponu okretaja. Simptomi su jasan gubitak snage, uz posljedično povećanje potrošnje. U takvim je slučajevima također čest osjećaj skokova u isporuci snage ili mrtvih zona u kojima se čini da motor ne vuče.

Kao što se događa s mjeračima protoka zraka, EGR i filtrima čestica, jedan od glavnih uzroka zaglavljivanja turbo promjenjive geometrije jest vožnja uglavnom po gradu ili stalno pri vrlo niskim okretajima, što je upravo situacija u kojoj nastaje najviše čađe.

Najbolji način da se izbjegnu kvarovi turbopuhala promjenjive geometrije stoga je ne ograničavati vožnju na gradske dionice, povremeno izlaziti na cestu i pustiti motor da radi i pri srednjim ili visokim okretajima. Naravno, također je nužno koristiti odgovarajuće motorno ulje i poštovati intervale servisiranja.